Методичка — Магистральный нефтепровод 2-я редак..

Федеральное агентство по образованию
Государственное образовательное учреждение высшего профессионального образования
Санкт-Петербургский государственный горный институт им. Г.В. Плеханова
(технический университет)

Кафедра транспорта и хранения нефти и газа











ИССЛЕДОВАНИЕ РАБОТЫ МОДЕЛИ МАГИСТРАЛЬНОГО НЕФТЕПРОВОДА

Методическое указание к лабораторной работе
по дисциплине “Проектирование и эксплуатация газонефтепроводов”
для студентов специальности 130501
“Проектирование, сооружение и эксплуатация
газонефтепроводов и газонефтехранилищ”

















Санкт-Петербург
2010
УДК 622.002.5.004.62(075.80)
ИССЛЕДОВАНИЕ РАБОТЫ МОДЕЛИ МАГИСТРАЛЬНОГО НЕФТЕПРОВОДА. Методическое указание к лабораторной работе по дисциплине “Проектирование и эксплуатация газонефтепроводов” / Коршак А.А., Подавалов И.Ю., Дзарданов О.И.; Санкт-Петербургский государственный горный институт (ТУ), СПб, 2010, 18 с.
Методическое указание предназначено для студентов специальности 130501 “Проектирование, сооружение и эксплуатация газонефтепроводов и газонефтехранилищ” очной формы обучения. В ней даны краткие теоретические данные, описан принцип действия лабораторной установки, дана методика проведения экспериментов и обработки результатов. В приложении приведены необходимые справочные материалы.
Табл. 6, ил. 7, Библиогр.: 3 назв.
Научный редактор проф. А.А. Коршак



© Санкт-Петербургский государственный горный институт им. Г.В. Плеханова,
2010 г.



Цель работы - изучение закономерностей изменения давления, расхода и энергозатрат на перекачку в зависимости от количества, схемы включения и числа оборотов привода насосов, а также от изменения конфигурации трубопроводов.
Основные задачи:
1) проверочный гидравлический расчет трубопровода;
2) построение совмещенной характеристики трубопровода и насосов;
3) построение кривой зависимости удельных энергозатрат на перекачку от расхода;
4) определение КПД регулирования.
В ходе работы на установке студенты должны:
убедиться:
1) в адекватности методики определения расхода по совмещенной характеристике (режимы I III);
2) в определяющем влиянии лимитирующего участка на величину расхода;
3) в возможности добиться максимального расхода, благодаря уменьшению напора одних насосов и увеличения напора других.
научиться:
1) строить график зависимости удельных энергозатрат на перекачку от расхода;
2) вычислять КПД регулирования.

1. Краткие теоретические сведения

1.1. Расчет производительности трубопровода

Применительно к данной экспериментальной установке, в предположении, что имеет место зона гидравлически гладких труб турбулентного режима, уравнение баланса напоров удобно записывать в виде
13 EMBED Equation.3 1415, (1)
где n – количество включенных НПС; Ai, Bi – эмпирические коэффициенты в уравнении, описывающем напорную характеристику i-ой НПС; Q – производительность модельного трубопровода; К – коэффициент, величина которого зависит от длины и диаметра модельного трубопровода, а также от вида и качества местных сопротивлений.
Из уравнения (1) находим величину производительности трубопровода
13 EMBED Equation.3 1415. (2)
Величины коэффициентов Ai и Bi для каждой НПС при заданной частоте вращения роторов насосов находятся решением системы уравнений
13 EMBED Equation.3 1415, (3)
где Н1, Н2 - напор i-ой НПС при подачах соответственно Q1 и Q2.
Решая систему уравнений (3), получаем:
13 EMBED Equation.3 1415 или 13 EMBED Equation.3 1415, 13 EMBED Equation.3 1415. (4)
Величина коэффициента К находится методом наименьших квадратов из условия
13 EMBED Equation.3 1415, (5)
что дает
13 EMBED Equation.3 1415, (6)
где S – число опытов по определению полных потерь напора в трубопроводе; hj – величина полных потерь напора при производительности Qj
13 EMBED Equation.3 1415;
Рнij, Рвсij – давления соответственно нагнетания и всасывания i-ой НПС при производительности Qj; 13 EMBED Equation.3 1415 - плотность воды, принять 1000 кг/м3.

1.2. Расчет удельных энергозатрат на перекачку

Величина удельных энергозатрат на перекачку на данной экспериментальной установке находится по формуле
13 EMBED Equation.3 1415, (7)
где 13 EMBED Equation.3 1415 - мощность, потребляемая i-ой НПС при производительности Qj.

1.3. Определение коэффициента полезного действия насосных станций

По определению
13 EMBED Equation.3 1415, (8)
где 13 EMBED Equation.3 1415 - полезная затраченная мощность на i-ой НПС при производительности Qj равная
13 EMBED Equation.3 1415. (9)

1.4. Регулирование работы НПС при остановке
промежуточной насосной станции

Характер изменения напоров по длине трубопровода, состоящего из трёх НПС, оборудованными одинаковыми насосами, показан на рисунке 1.

















Рисунок 1 – Изменение напора по длине нефтепровода:
в исходном режиме;
при отключении НПС 2

Пусть первоначальные напоры НПС составляют соответственно 13 EMBED Equation.3 1415, 13 EMBED Equation.3 1415, 13 EMBED Equation.3 1415. После отключения НПС №2 производительность нефтепровода уменьшается. В соответствии с характеристикой центробежных насосов их напор на НПС №1 и НПС №3 увеличивается. Соответственно, напор НПС №1 при неизменном количестве работающих насосов возрастет, а линия гидравлического уклона проходит более полого (пунктир). Так как диаметр нефтепровода неизменен, то под тем же углом должен проходить и гидравлический уклон на последнем перегоне. Так как его длина примерно в двое меньше, чем между первой и третьей НПС, то для перекачки по последующему перегону потребуется напор 13 EMBED Equation.3 1415, примерно в 2 раза меньший, чем 13 EMBED Equation.3 1415. Излишний напор в условиях магистрального нефтепровода (13 EMBED Equation.3 1415) ликвидируется отключением части насосов на НПС №3 в сочетании с дросселированием, либо уменьшением частоты вращения роторов.
КПД методов регулирования вычисляется по формуле
13 EMBED Equation.3 1415, (10)
где 13 EMBED Equation.3 1415, 13 EMBED Equation.3 1415 - соответственно полезно затраченная и потребленная мощность i-ой НПС.
2. Описание лабораторного стенда

Стенд представляет собой комплекс из трех пар центробежных насосов с регулируемым числом оборотов привода, имитирующих головную и 2 промежуточные насосные станции, трубопровод диаметром 12 мм, расходную ёмкость, расходомер жидкости, а также запорно-регулирующую арматуру. Маркировка на узлах соответствует позиционным обозначениям в схеме.
Общий вид стенда приведён на рисунке 2. Он состоит из блока насосных станций 4, подсоединённого к трём участкам трубопровода, находящемся на столе 1. На блоке насосных станций установлен моноблочный ПК с сенсорным экраном 2. Для удобства ввода числовых значений и просмотра трендов, к ПК подключена клавиатура 3, совмещённая с манипулятором «мышь». Ролики 5 предназначены для перемещения блока насосных станций, отключенного от трубопровода.

Рисунок 2 – Внешний вид стенда
Перечень автоматизированных функций:
измерение температуры жидкости в баке;
измерение значений давления, разрежения, расхода жидкости в трубопроводе;
измерение значения активной составляющей мощности, потребляемой каждым из насосов;
вывод показаний измерителей, как в численной форме, так и в виде трендов; возможность регулировки скорости вращения электроприводов насосов;
аварийное отключение насосов превышении значения 3,5 кг/см2 или при перекрытии подачи жидкости на вход насоса;
непрерывный мониторинг работоспособности частотных регуляторов, датчиков температуры, давления, потребляемой мощности с отображением состояния на дисплее ПК;

Принципиальная гидравлическая схема стенда приведена на рисунке 3


Рисунок 3 - Принципиальная схема стенда

Используемые в схеме обозначения приведены в таблице 1.



Таблица 1 – Условные обозначения принципиальной схемы стенда
Условное обозначение
Расшифровка

Н1 – Н6
центробежные насосы с регулируемым числом
оборотов вала

ДД1 – ДД9
датчики давления

К1 – К12
электромагнитный клапан

КР1, КР2
регулируемые клапаны

МВ
мановакууметр

HС1 – НС3
насосные станции

КО1 – КО6
обратные клапаны

Р
расходомер

Е
рабочая ёмкость


3. Методика проведения экспериментов
и обработки экспериментальных данных

Предусмотрена работа установки на 8 режимах, сведения о которых сведены в таблице 2.

Таблица 2 – Режимы работы стенда

режима
Количество
работающих НПС
Примечание

I
1 (НПС №1)
При одинаковой частоте вращения роторов. Клапан КР1 открыт на 100 %

II
2 (НПС №1 и №2)


III
3 (все НПС)


IV
3 (все НПС)
При одинаковой частоте вращения роторов. Клапан КР1 открыт на 50 %

V
2 (НПС №1 и №3)
Регулирование производится изменением частоты вращения роторов НПС №1 (увеличение напора) и НПС №3 (уменьшение напора)

VI
2 (НПС №1 и №3)
Регулирование производится дросселированием напора НПС №3

VII
2 (НПС №1 и №2)
Регулирование производится изменением частоты вращения роторов НПС №1 (уменьшение напора) и НПС №2 (увеличение напора)

VIII
2 (НПС №1 и №2)
Регулирование производится дросселированием напора НПС №1


На режимах IIII работа ведется с целью определения производительности трубопровода в зависимости от количества работающих НПС.
На режимах IIIIV работа ведется с целью получения исходных данных для вычисления коэффициентов Ai и Bi в напорной характеристике трубопровода в зависимости от количества работающих НПС (при дифференцированной частоте вращения роторов насосов).
На режимах VVI изучается возможности регулирования работы НПС №1 и №3 при отключении НПС №2.
На режимах VIIVIII изучаются возможности регулирования НПС №1 и №2 при отключении НПС №3.
Результаты испытаний сводятся в таблицу 3. С использованием полученных данных последовательно вычисляются:
1. Напоры насосных станций
2. Коэффициенты напорной характеристики каждой станции по формулам (4).
3. Величина коэффициента К по формуле (6).
4. Расчетные величины производительности трубопровода на режимах IIII по формуле (2).
5. Удельные энергозатраты при работе на всех режимах, кроме IV, по формуле (7).
6. КПД насосных станций на всех режимах по формуле (8).
7. КПД методов регулирования для режимов VVIII по формуле (10).
Результаты вычислений сводятся в таблицу вида табл. 4. По ним строятся графики зависимости удельных энергозатрат от производительности трубопровода для всех режимов.

4. Работа со стендом

Взаимодействие со стендом состоит в задании состояния исполнительных устройств и считывании показаний датчиков.
Помимо мнемосхемы, при работе с которой возможно индивидуальное задание параметров и состояний исполнительных устройств, для удобства реализованы режимы, позволяющие осуществлять групповое управление устройствами:
1) в компактном окне группового управление насосами, можно изменять их состояние;
2) в окне управления конфигурациями возможно изменение состояний клапанов на сохранённое в списке из 60 предустановленных или создание своей конфигурации с сохранением в списке.
Изменение показаний датчиков во времени, можно посмотреть в режиме отображения трендов.
Таблица 3 – Результаты испытаний модели магистрального нефтепровода

№ режима
Производительность
трубопровода,
л/с
Показатели работы насосных станций
Конечное давление в трубопроводе, Па



НПС №1
НПС №2
НПС №3




Рвс,
Па
Рн,
Па
Nз, кВт
Рвс,
Па
Рн,
Па
Nз, кВт
Рвс,
Па
Рн,
Па
Nз, кВт



I

II

III

IV

V

VI

VII

VIII















Таблица 4 – Результаты обработки данных об испытании магистрального нефтепровода

№ режима
Расчетная
производительность
трубопровода,
л/с
Удельные энергозатраты на перекачку,
кВт/т
Показатели работы насосных станций
КПД регулирования, %




НПС №1
НПС №2
НПС №3





Н,
м
13 EMBED Equation.3 1415,
%
Nп, кВт
Н,
м
13 EMBED Equation.3 1415,
%
Nп, кВт
Н,
м
13 EMBED Equation.3 1415,
%
Nп, кВт



I

II

III

IV

V

VI

VII

VIII










-

-

-

-

-












-

-

-

-

4.1. Порядок работы

1.  Убедиться, что уровень жидкости в прозрачном шланге находится между рисками «min» и «max», открыв клапан КШЗ.
2. Закрыть КШЗ.
3. Включить питание стенда тумблером.
4. Включить ПК кнопкой, расположенной справа на его корпусе.
5. После инициализации системы на дисплее ПК появится интерфейс программы, показанный на рисунке 4.

Рисунок 4 – Интерфейс программного пакета «ЛСМН»

Устройства на мнемосхеме могут быть окрашены одним из трёх цветов приведенных в таблице 5.
Таблица 5 – Цветовая индикация состояния устройств
Цвет
Состояние

Желтый
Закрыто или выключено

Зеленый
Открыто или включено

Красный
Авария

При мерцании жёлтого или зелёного цвета, соответственно, идёт процесс открытия устройства.
Показания датчиков отображаются внутри прямоугольника со стрелкой. Заданные параметры устройств отображаются внутри прямоугольников.
4.2. Управление устройствами

Данный тип управления позволяет изменять состояние устройств, работая напрямую с мнемосхемой.
Описание компонентов и порядок работы с ними приведены в табл. 6.
Таблица 6 - Компоненты стенда
Обозначение на мнемосхеме
Описание

Датчик давления
Измеряет значение относительного давления в системе. При включении стенда показания корректируются относительно атмосферного давления по показаниям ДД6.

Датчик вакуума
Измеряет значение разряжения на входе насосной станции НСЗ, соединённой с резервуаром.

Вихревой расходомер
Измеряет значение расхода воды в трубопроводе. Имеет зону нечувствительности от 0 до 0,12 м3/ч

Датчик температуры воды в резервуаре
Использован датчик Р1100

Клапан
Для изменения состояния нажать на кнопку на сенсорном экране. Клапан не имеет встроенного датчика состояния, поэтому отображается заданное состояний

Регулируемый клапан
Для изменения состояния следует нажать на сенсорный экран в месте отображения параметра и ввести при помощи цифровых клавиш на клавиатуре требуемое значение и нажать клавишу «Ввод». Клапан не имеет встроенного датчика положения. После задания процента открытия происходит сначала его полное открытие (мерцает зеленым цветом), затем закрытие (мерцает жёлтым). Клапан КР1 регулируется в диапазоне от 10 до 100 %.

Насос

Привод насоса запитан через частотный регулятор и датчик потребляемой мощности. Для изменения значения заданной скорости вращения следует нажать на сенсорный экран в месте отображения параметра и ввести при помощи цифровых клавиш на клавиатуре требуемое значение. Нажать клавишу «Ввод».
Для изменения состояния насоса нажать на его позиционное обозначение, на дисплее отобразится рабочее окно. Если насос находился в состоянии аварии, нажать «Сброс».
Аварийные состояния, указанные в окне, в случае возникновения, отображаются красным цветом. Нажать кнопку, соответствующую требуемому состоянию. Закрыть окно, нажав кнопку «X».

4.3. Групповое управление насосами

На панели управления (см. рисунок 4) нажать кнопку «Групповое управление насосами». На рисунок 5 показано рабочее окно группового управления насосами, которое появится на дисплее.

Рисунок 5 - Групповое управление насосами
Цвет на кнопках соответствует текущему состоянию насосов. Нажатие на кнопку переключает её состояния: «утоплена», «отжата». Утопленное состояние соответствует требованию включить насос, отжатое - выключить. После установки требуемой конфигурации, применить изменения, нажав на кнопку «Подтвердить управление». Кнопка «Сброс аварий» снимает аварийные состояния насосов. Закрыть окно, нажав кнопку «X».

4.4. Работа с конфигурациями

Управление конфигурациями
На панели управления (см. рисунок 4) нажать кнопки «Управление конфигурациями» и, если потребуется вводить наименование новой конфигурации, «Показать экранную клавиатуру». На дисплее отобразится (см. рисунок 6). Цвет на кнопках соответствует текущему состоянию клапанов.

Рисунок 6 - Управление конфигурациями
Редактирование конфигураций

Если требуется, при помощи кнопок «Вверх», «Вниз» пролистать список конфигураций. Нажать кнопку «Выбрать» напротив конфигурации для изменения.
Если состояние клапанов, которое требуется установить, близко или соответствует состоянию, нажать кнопку «Считать текущее состояние».
В группе «Конфигурация для применения и сохранения» установить требуемое состояние клапанов.
Нажатие на кнопку переключает её состояния: «утоплена», «отжата». Утопленное состояние соответствует требованию включить клапан, отжатое – выключить.
Задать наименование конфигурации в окне ввода (белого цвета). Нажать кнопку «Сохранить конфигурацию».

Применение конфигураций

Если требуется, при помощи кнопок «Вверх», «Вниз» пролистать список конфигураций. Нажать кнопку «Выбрать» напротив требуемой. Нажать кнопку «Применить».

Групповое управление

Нажать кнопку «Считать текущее состояние». В группе «Конфигурация для применения и сохранения» установить требуемое состояние клапанов. Нажатие на кнопку переключает её состояния: «утоплена», «отжата». Утопленное состояние соответствует требованию включить клапан, отжатое – выключить. Нажать кнопку «Просмотр». Нажать кнопку для переключения в режим отображения трендов. Выбрать группу графиков: давление и расход или потребляемая мощность (см. рисунок 4), появится графики показанные на рисунок 7.
Для отображения трендов, сделать активной кнопку «Графики» на панели кнопок управления отображением (см. рисунок 7), нажав на неё. Сделать активной кнопку «Легенда» для просмотра списка отображаемых в виде параметров. Установить галочки напротив параметров, тренды изменения которых требуется отображать. Если требуется просмотреть показания датчиков в табличном виде, нажать кнопку «Значения». В дополнение к приведённым на рисунке 4 элементам управления, возможно также: масштабировать график по оси абсцисс (времени) прокруткой колеса осуществлять прокрутку графика по оси абсцисс, установив курсор на поле графика, передвигая мышь, удерживая при этом её левую кнопку; получать координаты (время; показание), устанавливая курсор на требуемую графика и нажимая левую кнопку мыши.


Рисунок 7 – Режим просмотра трендов
Контрольные вопросы

1. Какие способы регулирования работы НПС при остановке промежуточной станции вы знаете?
2. С какой целю вычисляются удельные энергозатраты на перекачку?
3. Как изменится коэффициент полезного действия насосных станций при остановке промежуточной станции?
4. В каком режиме течения эксплуатируется лабораторный стенд по испытанию магистрального нефтепровода?
5. Как влияет лимитирующий участок на величину расхода?
6. Какой из исследованных режимов позволяет добиться максимального расхода?
7. Какой метод регулирования работы НПС предпочтительнее?
8. Для чего строится совмещенная характеристика насосов и трубопровода?


Список литературы

1. Проектирование и эксплуатация газонефтепроводов: Учебник для вузов / А.А. Коршак, А.М. Нечваль; Под ред. А.А. Коршака. – СПб.: Недра, 2008. – 488 с.
2. П.И. Тугунов, В.Ф. Новоселов, А.А. Коршак, А.М. Шаммазов. Типовые расчеты при проектировании и эксплуатации нефтебаз и нефтепроводов. Учебное пособие для ВУЗов. – Уфа: ООО «ДизайнПолиграфСервис», 2002. – 685 с.
3. Трубопроводный транспорт нефти / Г.Г. Васильев, Г.Е. Коробков, А.А. Коршак и др.; Под редакцией С.М. Вайнштока: Учеб для вузов: В 2 т. – М.: ООО «Недра-Бизнесцентр», 2002. – Т.1. – 407 с.: ил.
Содержание

13 TOC \o "1-3" \h \z \u 1413 LINK \l "_Toc259790968" 141. Краткие теоретические сведения 13 PAGEREF _Toc259790968 \h 1431515
13 LINK \l "_Toc259790969" 141.1. Расчет производительности трубопровода 13 PAGEREF _Toc259790969 \h 1431515
13 LINK \l "_Toc259790970" 141.2. Расчет удельных энергозатрат на перекачку 13 PAGEREF _Toc259790970 \h 1441515
13 LINK \l "_Toc259790971" 141.3. Определение коэффициента полезного действия насосных станций 13 PAGEREF _Toc259790971 \h 1441515
13 LINK \l "_Toc259790972" 141.4. Регулирование работы НПС при остановке 13 PAGEREF _Toc259790972 \h 1451515
13 LINK \l "_Toc259790973" 14промежуточной насосной станции 13 PAGEREF _Toc259790973 \h 1451515
13 LINK \l "_Toc259790974" 142. Описание лабораторного стенда 13 PAGEREF _Toc259790974 \h 1461515
13 LINK \l "_Toc259790975" 143. Методика проведения экспериментов 13 PAGEREF _Toc259790975 \h 1481515
13 LINK \l "_Toc259790976" 14и обработки экспериментальных данных 13 PAGEREF _Toc259790976 \h 1481515
13 LINK \l "_Toc259790977" 144. Работа со стендом 13 PAGEREF _Toc259790977 \h 1491515
13 LINK \l "_Toc259790978" 144.1. Порядок работы 13 PAGEREF _Toc259790978 \h 14121515
13 LINK \l "_Toc259790979" 144.2. Управление устройствами 13 PAGEREF _Toc259790979 \h 14131515
13 LINK \l "_Toc259790980" 144.3. Групповое управление насосами 13 PAGEREF _Toc259790980 \h 14141515
13 LINK \l "_Toc259790981" 144.4. Работа с конфигурациями 13 PAGEREF _Toc259790981 \h 14141515
13 LINK \l "_Toc259790982" 14Контрольные вопросы 13 PAGEREF _Toc259790982 \h 14161515
13 LINK \l "_Toc259790983" 14Список литературы 13 PAGEREF _Toc259790983 \h 14171515
15









13PAGE 15


13PAGE 14215



НПС1

НПС3

НПС2

КП

Z1=Zн



Z3

Z2

hп

Hст1

hост

l1

l2

l3



















Hст1


о



о

Hст2

о

Hст3


Hст3



Root EntryEquation NativeEquation NativeEquation NativeEquation NativeEquation NativeEquation NativeEquation NativeEquation NativeEquation NativeEquation NativeEquation NativeEquation NativeEquation NativeEquation NativeEquation NativeEquation NativeEquation NativeEquation NativeEquation NativeEquation Native

Приложенные файлы

  • doc 14832785
    Размер файла: 2 MB Загрузок: 0

Добавить комментарий